开放式永磁MRI系统梯度线圈设计方法研究

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1、淅江大学博士学位论文摘要摘要磁共振成像的应用日益广泛，对系统的成像精度和速度要求也越来越高。成像精度的提升有赖于主磁场强的增高和场均匀性的改善，而成像速度的提升有赖于伴随高梯度切换速率的序列设计的改进；高场强和梯度场的高速切换又引起了人们对临床检测安全性的关注。同时，低场强的开放式磁共振成像系统以其不断完善的功能和低投资成本而日益受医学界重视，高、中场的功能不断被移植到低场系统。这些都对MⅪ系统提出了新的设计要求。在此背景下本文围绕磁共振系统中极为重要的组成部分一一梯度线圈，探索了相关方面的内容，主要是从梯度线圈的设计新方法探索，梯度场非线

2、性引起的几何失真校正，梯度场切换在人体引起的生物效应这三个方面展开。(1)关于梯度线圈设计从实空间法的角度提出了形变空间的设计思想，并设计了指纹式的适用于开放式MⅪ的横向双平面型梯度线圈和基于Maxwell线圈对的纵向双平面型梯度线圈，还设计了连续螺旋形的纵向梯度线圈。这种新方法可以适应复杂线圈结构的要求，且可以自由推广应用到各种空间形状。从流函数空间法的角度提出了一种基于有限差分流函数法的梯度线圈设计新方法，结合正则化方法，设计了双平面横向梯度线圈。该方法不依赖于任何特殊的流函数假设，适用于三维的复杂几何结构。此外还提出了通过构造调制函数

3、的方法来解决边缘回线密集的问题，该方法简单易行，有别于传统的切趾滤波，也不属于普通的后处理方式。上述两种梯度线圈设计新方法都非常易于加入实际的工程约束，易于实现工程的合理设计，并且可以应用于自由空间，不需要传统的复杂的电流密度解析展开过程。(2)关于梯度非线性失真校正基于开放式MⅪ系统，进行了由梯度场非线性引起的几何失真校正的研究。应用图像分析的方法，构造校正模型，对永磁开放式MⅪ系统下的失真图像进行了校正，初步的结果显示了良好的校正效果。该研究对提高MⅪ图像质量以及进一步扩展M对应用领域具有重要意义。(3)关于梯度场生物效应III浙江大学

4、博士学位论文摘要基于美国空军实验室人体模型，研究探讨了人体组织在梯度线圈中的生物效应。应用阻抗法计算了传统圆柱形z线圈和双平面型Z线圈中人体的感应电场和涡流效应。该研究对今后发展新一代高性能高安全性的梯度线圈具有重要意义。关键词：MⅪ，梯度线圈设计，流函数，有限差分，形变空间，梯度非线性失真，生物效应IV浙江大学博士学位论文AbstractAbstractTodaymagneticresonanceimaging(MⅪ)hasbeenextensivelyusedinclinicalapplicationsanditrequiresforh

5、ighimagingaccuracyandimagingspeed．Theenhancementoftheaccuracyofimagingdependsonanincreaseinthestrengthofthemainmagneticfieldaswellasthefielduniformity；theenhancementofthespeedofimagingdependsontheimprovementsofsequencedesignassociatedwithhighlyswitchedgradientfield．However

6、，High—strengthmainmagneticfieldandrapidswitchedgradientfieldconsequentlyraiseconcernsinthesafetyinM对scanningsuites．Ontheotherhand，forthecontinuallyimprovementinfunctionandlowinvestment，low-fieldopenmagneticresonanceimagingsystemsareincreasinglysubjecttomedicalaRention，anda

7、lotoffunctionsofhigh，middlestrengthfieldsystemhavebeentransferredtolow-fieldsystem．Thenewsystemdesignneedstotaketheseintoconsideration．Theresearchworkofthisthesisfocusesonthegradientcoil--···-anextremelyimportantpartoftheMIUsystem．Specifically,itwillexplorenovelmethodsinth

8、edesignofgradientcoils，correctionofgradient—nonlinearitydistortion，andconsiderationoftheb